На что влияет перегрев кабельных линий

Почему нагреваются кабели и провода во время работы?

Электромонтажные работы отличаются высокими рисками. Именно поэтому необходимо знать и учитывать все важные факторы, влияющие на безопасность. В их число входит сильный нагрев проводов при эксплуатации. Данная особенность присуща всем проводам и кабелям. Кроме того, от нее зависит определение правил монтажа электропроводки и дальнейшее подключение потребителей энергии к сети. Нагрев кабеля также влияет на выбор определенной марки кабельно-проводниковой продукции и на предельную величину подключаемой нагрузки. Для того, чтобы узнать степень нагрева проводов, необходимо разобраться в причине данного явления .
Главная причина нагрева кабельно-проводниковой продукции – природа электрического тока. Ведь движение заряженных электронов по проводнику осуществляется под действием электрического поля. Кроме того, передвигаясь, электронам необходимо преодолеть кристаллическую решетку металлов, отличающуюся очень прочными молекулярными соединениями. Именно поэтому и выделяется довольно большое количество тепла, ведь происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Преобразование электроэнергии в тепло – явление двустороннее, то есть, с одной стороны, данный эффект нежелателен, а с другой, очень полезен. Положительная сторона заключается в возможности применения электрической энергии для нагрева в абсолютно любом оборудовании (от простого бытового чайника до промышленных печей). По такому же принципу происходит работа любой светотехники. Главный минус данного явления заключается в повышенном уровне опасности, поскольку сильный нагрев нередко приводит к серьезным последствиям. Помимо этого, сильное повышение температуры обмоток трансформаторов, электрических двигателей и иной техники приводит к снижению эффективности использования. В случае превышения максимального показателя нагрева происходит сбой в функционировании оборудования и в дальнейшем его выход из строя. Самые опасные ситуации возникают тогда, когда сильно превышается температура тех кабелей и проводов, что применяются для подключения к электросети различных потребителей (проводка в жилом помещении, кабельно-проводниковая продукция для присоединения к сети производственной техники). Значительное превышение температуры нагрева изолированного кабеля чревато возгоранием изоляционного материала либо его оплавлением, которое в дальнейшем станет причиной коротких замыканий. В подобных ситуациях вероятность воспламенения напрямую зависит от применяемых защитных устройств. Следовательно, явление нагревания кабельно-проводниковой продукции является одним из основных факторов возникновения пожаров. То есть, короткие замыкания — это главная причина львиной доли всех случающихся в жилых и административных зданиях воспламенений. Стоит отметить, что нагревание в течение долгого времени изменяет механические свойства металла. Именно поэтому случаются такие ситуации, например, как обрыв проводов ЛЭП, что приводит и к большим финансовым потерям, и к возникновению серьезной опасности для жизни человека. При эксплуатации той или иной кабельно-проводниковой продукции стоит помнить о предельно допустимой температуре нагрева, соответствующей конкретной марке. Данный температурный показатель напрямую связан со свойствами материала, из которого изготавливается изоляция. Например, провод с резиновой изоляцией не должен нагреваться выше 50-65 0 С , с изоляцией из бумаги – максимум 80 0 С , а с изоляцией из высокотехнологичных новейших полимеров температура нагрева достигает 100 0 С . Точные свойства каждого кабеля или провода указываются непосредственно компанией-производителем. Избежать перегрева и дальнейшего воспламенения поможет только правильный выбор кабеля для конкретной ситуации с учетом всех ее особенностей и нюансов. Для осуществления правильного выбора важно учитывать все факторы, которые влияют на степень нагрева того или иного кабеля. В этом помогут простые формулы, известные всем еще со школьных уроков физики: Q= I 2 Rt – главная формула, описывающая процесс преобразования электроэнергии в тепло (закон Джоуля-Ленца), где Q – количество тепла, которое выделяется в процессе прохождения тока по проводнику, I – сила тока, R – сопротивление проводника, t – время, за которое электрический ток идет по проводнику. Исходя из формулы, видно, что нагрев провода увеличивается одновременно с возрастанием нагрузки и показателя сопротивления. Стоит отметить, что количество выделяемой теплоты прямо пропорционально времени прохождения электрического тока. А скорость нагрева напрямую зависима от действующей электрической мощности. Последняя, в свою очередь, определяется произведением напряжения и силы тока, т.е. P=UI . Таким образом, мощность подключенных к кабелю потребителей напрямую влияет на силу и интенсивность его нагрева. Данные формулы, а именно Q= I 2 Rt и P=U I , помогают узнать точные параметры, которые возможно изменять, управляя величиной и скоростью нагрева проводов. Необходимо знать, что величина силы тока зависима от номинального показателя мощности подсоединенных проводников в совокупности. Данное значение служит основой при важных расчетах. Главным изменяющимся параметром является сопротивление, величина которого определяется свойствами металла проводника и сечением кабеля. Следовательно, сечение должно определяться на основе мощности. Именно это способно уменьшить электрическое сопротивление кабелей и, следовательно, снизить температуру нагрева до допустимой. Выбирая сечение кабельно-проводниковой продукции необходимо помнить не только о безопасности работы электрической сети, а также об экономии. Таким образом, кабели и провода с наибольшим сечением требуют больших неоправданных расходов. Но в ситуации возможного подключения к сети дополнительных приборов в будущем желательно, чтобы кабель был с наибольшим сечением. Для правильного определения необходимого сечения нужно рассчитать максимальный показатель потребляемого тока следующим путем: нужно разделить общую номинальную мощность всех потребителей на показатель напряжения. Т орговая сеть «Планета Электрика» обладает очень широким ассортиментом кабельно-проводниковой продукци и , с которым Вы можете более подробно ознакомиться на нашем сайте .

Статьи

Посмотреть все новости и статьи

Мы используем файлы «cookie», как собственные, так и третьих сторон, для улучшения пользования сайтом и нашими услугами, путем анализа навигации по нашему веб-сайту. Если вы продолжите навигацию по нему, мы сочтем, что вы согласны с их использованием. Дополнительную информацию вы можете найти в нашей Политике в отношении файлов «cookie».

Уважаемые покупатели!

Ввиду текущей ситуации многие производители приостановили либо подвергли пересмотру действующие прайс-листы.

В этой связи, напоминаем, что, согласно условиям оферты, цена товара в каталоге является ориентировочной.

Окончательная цена товара определяется чеком, выставляемым менеджером.

Если Вы согласны с новыми условиями, нажмите принять.

Электроснабжение, электрические сети — Защита проводов и кабелей от перегрева

§ 5.4. Защита проводов и кабелей от перегрева
Длительные перегрузки проводов и кабелей, а также короткие замыкания вызывают повышение температуры жил и изоляции свыше допустимых величин, вследствие этого преждевременно изнашивается изоляция проводов и кабелей, что в свою очередь в некоторых случаях может привести к пожару или поражению людей электрическим током. Для предотвращения указанного повреждения изоляции в электрических сетях устанавливаются защитные аппараты (плавкие предохранители, автоматические выключатели, специальные реле), которые обеспечивают отключение опасного участка сети при непредвиденном увеличении токовой нагрузки сверх длительно допустимой.

Защита плавкими предохранителями

Рис. 5.4. Предохранитель разборный с фибровой трубкой типа ПР

Плавкие предохранители благодаря простоте и малой стоимости получили большое распространение в сетях напряжением до 1000 в.
На рис. 5.4 представлен предохранитель разборный с фибровой трубкой типа ПР.
Основная рабочая часть плавкого предохранителя — плавкая вставка — изготовляется из цветного металла в виде проволоки или пластинки. Плавкая вставка, укрепленная в корпусе предохранителя, устанавливается в начале защищаемого участка сети. При токе, превышающем определенное значение, плавкая вставка сильно нагревается, а затем расплавляется. Защищаемый плавкой вставкой участок сети отключается, и этим предотвращается недопустимый перегрев провода или кабеля.
Различают номинальный ток предохранителя и поминальный ток плавкой вставки.
Номинальным током предохранителя называется наибольший ток, на который рассчитаны его токоведущие части. Этот ток равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных к установке в данном предохранителе.
Номинальным током плавкой вставки называется наибольший ток, при котором заводом-изготовителем гарантируется, что плавкая вставка будет неопределенно длительное время работать, не расплавляясь. Номинальные токи предохранителей и плавких вставок указываются заводом на корпусе и плавкой вставке.
Наибольшее применение в сетях низкого напряжения получили предохранители пробочные Н-20, ПР-2 с закрытыми фибровыми патронами, НПН и ПН-2 с фарфоровыми патронами, заполненными кварцевым песком.
При расплавлении плавкой вставки образуется электрическая дуга, и температура внутри фибрового патрона предохранителя IIР-2 резко возрастает. Происходит интенсивное выделение газов с поверхности фибры, давление внутри патрона увеличивается, что в свою очередь способствует гашению дуги.

В засыпных предохранителях НПН и ПН-2 дугогашению способствует разветвление дуги в тончайших промежутках между зернами песка. Гашение дуги происходит настолько быстро и интенсивно, что при коротком замыкании ток не успевает достигнуть своего максимального значения. Поэтому эти предохранители называются токоограничивающими.


Рис. 5.6. Разброс характеристики плавкой вставки с номинальным током Iвс = 60 а

Основные технические данные предохранителей приведены в каталогах.
Время расплавления плавкой вставки предохранителя зависит от величины тока перегрузки. Чем больше ток перегрузки, тем выше температура плавкой вставки и, следовательно, меньше требуется времени для ее расплавления. Кривая зависимости времени перегорания плавкой вставки предохранителя от величины тока носит название защитной или время-токовой характеристики. Время-токовая характеристика защитного аппарата при которой с увеличением тока время срабатывания уменьшается, является обратно зависимой от тока.
На рис. 5.5 представлена защитная характеристика предохранителя с номинальным током плавкой вставки 60 а. На горизонтальной оси отложено отношение тока нагрузки Iк к номинальному току плавкой вставки Iн.вс. На вертикальной оси отложено время расплавления плавкой вставки предохранителя.

Рис. 5.7. Серия защитных характеристик плавких вставок предохранителей низкого напряжения типа ПН-2 (средние данные)

Защитная характеристика плавкой вставки графически изображается одной кривой, по которой определяются средние значения времени плавления вставки в зависимости от величины тока. На самом деле, в производственных условиях из-за увеличения переходного сопротивления контактов в результате их окисления при длительной эксплуатации, а также ослабления нажатия контактов и старения материала плавкой вставки при длительной работе время перегорания вставок может отличаться от средних значений (разброс защитной характеристики). Поэтому защитная характеристика каждой плавкой вставки должна была бы изображаться двумя кривыми, ограничивающими зону, в которой возможно расплавление вставки. На рис. 5.6 показаны эти кривые для плавкой вставки с номинальным током Iн.в=60 а.
Из кривых видно, что при токе 200 а плавкая вставка может перегореть в течение времени от 2,5 сек до 1 мин.
Разброс характеристик предохранителей учитывается главным образом при проектировании сетей для особо ответственных потребителей. В остальных случаях пользуются средними значениями времени срабатывания плавких вставок.
На рис. 5.7 приведена серия защитных характеристик плавких вставок предохранителей ПН-2. Из характеристик видно, что при токе 200 а плавкая вставка с номинальным током Iн.вс = 60 а плавится в течение 10 сек, в то время как плавкая вставка с номинальным током Iн.вс=80 а при том же токе плавится в течение 1 мин.

Рис. 5.8. Принципиальная схема защиты электрической сети жилого дома плавкими предохранителями

Таким образом, если в сети установлено несколько последовательно включенных предохранителей, то время расплавления плавкой вставки с большим номинальным током, как правило, будет больше, чем время расплавления плавкой вставки с меньшим номинальным током. Отсюда следует, что защиту отдельных участков электрической сети плавкими предохранителями можно осуществить с некоторой выдержкой времени.
На рис. 5.8 изображена схема защиты электрической сети жилого дома плавкими предохранителями.
Поскольку ток в цепи электроприемников (нагрузка квартиры) меньше, чем в питающих линиях, отходящих от вводного устройства (стояках), то номинальные токи плавких вставок, установленных у вводов в квартиры 1, будут меньше, чем номинальные токи вставок предохранителей, установленных на питающих линиях 2.
Ток ввода, питающего всю домовую сеть, будет больше, чем в каждой магистрали. Поэтому номинальный ток вставки предохранителя 3 будет больше, чем номинальный ток вставки предохранителя 2. При коротком замыкании в точке К вставка предохранителя 1, имеющая меньший номинальный ток, перегорит раньше, чем вставка предохранителя 2, и тем более, чем вставка предохранителя 3.
Для уменьшения перерывов в подаче электроэнергии электроприемникам необходимо выбрать и расставить предохранители так, чтобы плавкая вставка предохранителя, защищающая поврежденный участок, плавилась раньше, чем любая другая плавкая вставка, установленная ближе к головному участку сети. Иначе говоря, защита сети должна срабатывать избирательно (селективно). Для обеспечения избирательности в работе предохранителей рекомендуется, чтобы каждая плавкая вставка, встречающаяся при следовании по схеме сети в направлении от электроприемника к вводу, имела номинальный ток больший, чем предыдущая, на две ступени стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок, если это не приводит к увеличению сечения проводов. Разница не менее чем на одну ступень является обязательной при всех условиях.
При значительных токах возможны неселективные срабатывания предохранителей вследствие разброса характеристик. С этой точки зрения предохранители являются несовершенными аппаратами и поэтому служат главным образом для защиты сетей от токов коротких замыканий, а не от перегрузок.

Защита автоматическими выключателями и реле

Автоматические выключатели (автоматы) с встроенными в них расцепителями (реле) осуществляют более совершенную защиту проводов и кабелей, чем защита плавкими предохранителями. В зависимости от характера отклонения режима работы сети от нормального срабатывают встроенные в автоматы тепловые или электромагнитные реле.
Электромагнитные реле, или, как принято их называть, расцепители максимального тока в большинстве случаев защищают установку только от токов короткого замыкания. Тепловой расцепитель, встроенный в автомат, или тепловое реле магнитного пускателя защищает линию от перегрузок 1 .
Далее излагаются краткие сведения о принципах работы расцепителей.
Наименьший ток, который вызывает отключение магнитного пускателя или автомата, называется током срабатывания. Под уставкой расцепителя (реле) понимается настройка его на выбранное значение тока исходя из защитных условий, при которых он срабатывает.
На рис. 5.9 дана принципиальная схема теплового реле РТ, предназначенного для встраивания в магнитные пускатели (показано для одного полюса). Чувствительным элементом теплового реле является биметаллическая пластинка, изготовленная из спая двух металлов с различными коэффициентами теплового расширения.
Пока ток в нихромовом нагревательном элементе 1 не превышает тока срабатывания реле, деформация биметаллической пластины 2 невелика. При токе в нагревательном элементе, превышающем ток срабатывания реле, биметаллическая пластинка нагревается сильнее, и вследствие большего удлинения верхней части свободный конец ее опустится вниз. При этом защелка 4 выйдет из зацепления с рычагом 5.

Последний при помощи пружины 6 повернется против движения часовой стрелки и разомкнет цепь катушки магнитного пускателя (контакты 7 и 8), отчего произойдет отключение главной цепи. После охлаждения биметаллической пластинки нажатием кнопки 9 ручного возврата реле возвращается в исходное положение.

Рис. 5.9. Принципиальная схема теплового реле

Рис. 5.10. Однополюсный автоматический выключатель

1 Конструкции автоматических выключателей и магнитных пускателей в данной книге не рассматриваются.

Нагревательные элементы изготовляют на различные токи и выбирают по заводским каталогам.
В пределах до 25% ток срабатывания реле можно регулировать при помощи специального рычага.
Тепловое реле надежно защищает электродвигатель и питающую линию от перегрузки, но не обеспечивает надежной защиты от коротких замыканий. Это объясняется тем, что тепловое реле имеет большую тепловую инерцию.
При коротком замыкании ток может повредить провода цепи раньше, чем сработает тепловое реле; кроме того, контакты магнитных пускателей не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания. Поэтому в случае применения магнитных пускателей с тепловыми реле для защиты электродвигателей и других электроприемников от перегрузок необходимо дополнительно устанавливать плавкие предохранители или автоматы с электромагнитными расцепителями для зашиты от коротких замыканий.
Технические данные магнитных пускателей приводятся в электротехнических справочниках.
Принципиальная схема работы однополюсного автомата максимального тока с электромагнитным расцепителем представлена на рис. 5.10.

Рис. 5.11. Общий вид (я) и электрическая схема (б) автомата А-3120:
ГК —главный контакт; ТР — тепловой расцепитель; ЭР — электромагнитный расцепитель

Если ток в катушке 7 превышает определенное, заранее установленное значение, сердечник 8 втягивается и, повернув рычаг 5, освобождает защелку 4 от зацепления с рычагом 3. Действием пружины 2 отключается подвижный контакт 1. Изменяя натяжение пружины 6, можно изменять ток срабатывания автомата. Электромагнитный расцепитель отключает линию практически мгновенно при токе, на который он отрегулирован.
В настоящее время получили большое распространение автоматические выключатели серии А-3100 и АП-50, имеющие тепловой расцепитель, осуществляющий защиту от перегрузок, и электромагнитный расцепитель, осуществляющий защиту от коротких замыканий.
На рис. 5.11 дан общий вид автомата А3120.
Технические данные установочных автоматов серии А-3100 и автоматических выключателей АП-50 приведены в [Л.4 и Л.31].
Время срабатывания тепловых расцепителей автоматических выключателей, так же как и у предохранителей, уменьшается с увеличением тока.
На рис. 5.12 представлена время-токовая характеристика автомата с тепловым и электромагнитным расцепителями. Участок кривой а — полное время отключения автоматом токов перегрузки под воздействием теплового элемента; участок б — линия средних токов, при которых начинают действовать электромагнитные элементы (отсечки); границы фактически возможных отступлений от среднего тока (±15%) находятся внутри заштрихованной зоны; в — линия времени от начала короткого замыкания до удара бойков электромагнитных элементов (0,0055 сек) по рейке расцепителя (начало отключения автомата, после чего отключение неизбежно); г — линия полного времени отключения автоматом тока короткого замыкания под воздействием электромагнитных элементов.
Из характеристики видно, что тепловые расцепители имеют обратно зависимую от тока характеристику, характеристика же электромагнитного расцепителя строго прямолинейна: время срабатывания остается постоянным при любом токе, превышающем ток срабатывания.

Автоматические выключатели изготовляются на токи от 25 до 2000 а для установок постоянного и переменного токов. При относительно небольших токах автоматы являются весьма надежным средством защиты сетей и электроприемников от перегрузок и коротких замыканий, но при значительных величинах токов короткого замыкания (2000 а и более) они не обеспечивают селективности: срабатывание происходит на всех участках сети, что нежелательно особенно для ответственных потребителей.

Рис. 5.12. Время-токовая характеристика автоматического выключателя серии А-3120

Для устранения этого недостатка электроаппаратными заводами изготовляются так называемые селективные автоматы типа AB, AC, AM на токи 400—2000 а, снабженные часовыми механизмами, позволяющими создать отстройку защиты по времени. Такие автоматы устанавливаются на головных участках электрической сети.
Харьковский (ХЭМЗ) и некоторые другие заводы изготовляют групповые щитки типа СУ-9400, СУ-9500, ПР-9000, собранные из автоматов А-3161 (однополюсные), А-3163 и Л-3110, А-3120 (трехполюсные) на различное число групп. Такие щитки, размещаемые в металлических шкафах, нашли широкое применение в осветительных и силовых сетях, где упомянутые автоматы служат как для защиты, так и для управления.
Более крупные автоматы А-3124, А-3134, А-3144, АВ и другие устанавливаются заводами Главэлектромонтажа на вводных и распределительных панельных щитах промышленных предприятий (серии ЩО, ЩД, ПО, ПД, ПРС), а также в блоках ЩСУ.
Защиту крупных электродвигателей мощностью 100 кВт и более выполняют при помощи максимальных токовых электромаг нитных реле мгновенного действия.
В некоторых случаях для защиты от перегрузки крупных электродвигателей применяются индукционные реле с обратно зависимой от тока характеристикой. .

Размещение аппаратов защиты

Аппараты защиты располагают в местах, доступных для обслуживания, и там, где невозможны их механические повреждения.
В сетях напряжением до 1000 в аппараты защиты устанавливаются в тех местах сети, где уменьшаются сечения проводников или где это требуется по условиям селективности. Вместе с тем необходимо учитывать следующее:

1. Аппараты защиты устанавливаются непосредственно в местах присоединения защищаемых проводников к питающей линии. При использовании проводников с негорючей оболочкой или при прокладке их в трубах, а также при условии, что сечение проводников между питающей линией и защитным аппаратом ответвления взято не менее чем после защитного аппарата; допускается устанавливать аппараты защиты в трех метрах от питающей линии.

Для ответвлении, выполненных проводниками в трубах или проводниками с негорючей оболочкой, прокладываемыми в труднодоступных местах, длина незащищенного участка может быть до 30 м; при этом сечение их должно быть взято по расчетному току, но не менее 10%-ной пропускной способности защищенного участка линии.

1. На питающих линиях и ответвлениях от них, если это признается целесообразным, допускается уменьшение сечения в следующих случаях:

а) если защитный аппарат линии защищает также участки со сниженным сечением;
б) если сечение сниженного участка не меньше половины сечения защищенного участка линии;
в) на ответвлениях от линии к электроприемникам малой мощности (светильникам, бытовым приборам и т. п.), если питающая их линия защищается аппаратом с уставкой не более 20 а.
3. Аппараты защиты могут не устанавливаться на ответвлениях к измерительным приборам и аппаратам управления и сигнализации, если эти проводники не выходят за пределы соответствующих машин и щитов или проложены в трубах, или выполнены проводниками с негорючей оболочкой. Запрещена установка аппаратов защиты в цепях управления и сигнализации, где отключение может повлечь за собой опасные последствия (например, пожарные насосы, вентиляторы взрывоопасных помещений и т. д.). Такне цепи тоже надлежит выполнять проводниками с негорючей оболочкой или прокладывать в трубах.
4. Предохранители устанавливают на всех нормально незаземленных полюсах или фазах. В нулевых и нейтральных проводниках* предохранители устанавливают только в двухпроводных цепях, в нормальных помещениях с сухими непроводящими полами, где нет квалифицированного обслуживающего персонала (например, жилые, торговые, конторские, складские помещения), а также во взрывоопасных помещениях класса В-1 (в последних для заземления кладется отдельный провод).

1. Максимальные расцепители автоматов устанавливаются на всех нормально незаземленных полюсах или фазах. В трехпроводных цепях сетей с изолированной нейтралью допускается установка расцепителей в двух фазах, а в двухпроводных цепях — в одной фазе. Во взрывоопасных помещениях класса В-1 автоматы устанавливаются во всех полюсах или фазах, а также в нулевом (рабочем) проводе.
2. На квартирных щитках предохранители и автоматы устанавливаются не только в фазных, но и в нулевых (в том числе заземленных) проводах двухпроводных групп. Автоматы в нулевом проводе допускается заменять выключателем, пробочным предохранителем или любым другим разъединяющим аппаратом. При наличии двухполюсного выключателя перед счетчиком и при защите квартирной сети при помощи автоматов применять защиту в нулевых проводах не требуется.
3. Установка аппаратов защиты в нулевых проводах, запрещается.
4. Максимальные расцепители автоматов допускается устанавливать в нейтральных проводниках, если при их срабатывании отключаются одновременно от сети все проводники, находящиеся под напряжением.

Плюсы и минусы нагревательных кабелей

Кабельные системы обогрева (КСО) находят применение в гражданском, коммерческом и промышленном строительстве с использованием нагревательных кабелей разных типов.

Резистивный кабель

Работа резистивного нагревательного кабеля основана на выделении тепла проводником с повышенным сопротивлением при подаче на него электрического тока. Тепловыделяющий элемент может быть изготовлен из медных сплавов, стали, нихрома или полимерных материалов с добавками токопроводящих веществ.

Плюсы

• невысокая цена;
• долговечность при правильном монтаже;
• отсутствие стартовых токов

Минусы

• ограничения в монтаже и возможность перегрева, что снижает надежность и накладывает определенные ограничения;
• усложненное проектирование и подготовка монтажа, так как необходимо точно определить длину греющего контура для подбора сопротивления;
• при изменении длины контура меняется сопротивление и мощность, что делает невозможным изменения длины отрезанного контура

Саморегулирующийся кабель

Саморегулирующийся нагревательный кабель широко используется в коммерческих и промышленных системах обогрева благодаря экономичности и удобству монтажа. Тепловыделяющий элемент — полимерная матрица сформованная методом экструзии на токопроводящих жилах. Углерод в матрице образует токопроводящие связи, их количество зависит от температуры среды. С падением температуры среды, количество связей увеличивается, сопротивление уменьшается, и мощность, т.е. тепловыделение, растет. При повышении температуры происходит обратный процесс.

Плюсы

• простота монтажа;
• не боится перегрева и допускает самоналожение;
• надежность;
• погонная мощность не зависит от длины контура;
• экономия электроэнергии, так как мощность кабеля меняется в зависимости от температуры

Минусы

• есть стартовые токи;
• падение мощности с течением времени — «старение» кабеля («высыхание» матрицы);
• высокая стоимость

Зонально-резистивный кабель

Кабель с параллельной резистивностью (зональный) применяется в коммерческих и промышленных системах обогрева. На токопроводящие жилы наносят слой внутренней изоляции, поверх этого слоя наматывают греющую нить, например из нихрома. Нить замыкается на проводники через одинаковые расстояния, образуя несколько параллельных греющих зон.

Плюсы

• отсутствие стартовых токов;
• погонная мощность не зависит от длины контура;
• невысокая стоимость;
• удобство монтажа;
• постоянство характеристик — не меняется со временем погонная мощность

Минусы

• хрупкий греющий элемент — требует аккуратности при монтаже;
• возможность локального перегрева при самопересечении

Кабель с минеральной изоляцией

Кабель с минеральной изоляцией схож по своей конструкции с резистивным кабелем. Внутренняя изоляция — окись магния, внешняя оболочка кабеля — сталь или медно-никелевый сплав. Кабель с минеральной изоляцией используется при высоких температурах, механических нагрузках и при необходимости получить большие погонные мощности.

Плюсы

• высокая механическая прочность и химическая стойкость;
• высокая удельная мощность — до 300 Вт/м;
• высокая термостойкость;
• высокая надежность;
• нет падения мощности кабеля на протяжении срока эксплуатации;
• нет стартовых токов

Минусы

• невозможность изменения длины готового контура;
• сложность монтажа;
• высокая стоимость;
• необходимость заводского муфтирования секций;
• необходимость точного вычисления длины греющего контура для подбора сопротивления

Поиск неисправностей на кабельных линиях электропередачи

Подземные кабельные линии электропередачи (КЛ), независимо от напряжения, на которое они рассчитаны (0.4 кВ, 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ), постоянно подвергаются внешним неблагоприятным воздействиям (природным явлениям, механическим нагрузкам). Нередко в обрыве кабеля виноват сам человек (к примеру, в процессе проведения земляных работ). Рассмотрим самые распространенные методы определения поврежденного участка кабельной линии.

Виды повреждений кабельных линий электропередач

Перегрев (или негативное влияние низких температур), перенапряжение, сдвиг грунта, неправильная прокладка линии — все эти факторы могут стать причиной возникновения обрыва или повреждения на КЛ.

При этом специалисты выделяют пять видов повреждений токопроводящих жил на кабельной линии:

1. Замыкание на землю. Подразумевает низкоомное замыкание жилы с потенциалом земли, изолированной или индуктивно заземленной сетью. Часто встречается также и двойное замыкание этого типа. Оно отличается тем, что замыкание происходит на различных жилах с начальными точками, находящимися на разных участках сети.
2. КЗ (короткое замыкание). Подразумевает возникновение низкоомного замыкания двух и более токопроводящих жил. Происходит из-за повреждения защитного слоя токопроводящих проводников.
3. Заплывающее повреждение. Нестабильное повреждение КЛ, отличающееся от остальных эпизодическим характером. Часто зависит от нагрузки на проводник. Проявляется при частичном разряде из-за старения проводника, высыхания масляной оболочки при небольшой нагрузке.
4. Повреждение защитного (изоляционного) слоя. Может стать причиной повреждения линии в будущем и не всегда становится причиной выхода КЛ из строя. Возникает, например, из-за попадания через поврежденную изоляцию влаги.
5. Обрыв. Полный обрыв проводника, возникающий при его механическом повреждении или при иных условиях (например, при неправильной укладке, в процессе проведения земляных работ).

На одном участке КЛ может находиться несколько различных типов проводников, особенно если рассматривать городские сети с большим числом различных коммуникационных кабельных систем (наземных и подземных).

Ввиду этого экспертам необходимо проверять линию на предмет повреждений на всех уровнях напряжения — низком, среднем и высоком. Для этих целей применяются соответствующие методики и специальные приборы.

Определение поврежденных точек КЛ импульсным методом

пособ подразумевает подачу на КЛ импульса напряжения для провоцирования возникновения пробоя в поврежденном месте. Этот пробой становится причиной появления переходного импульса (волны), многократно проходящего от точки повреждения к концу проводника.

В каждом месте, где отражается переходной импульс, он будет иметь разную полярность. Зная временной интервал, через который появляется волна, можно вычислить расстояние от начальной точки до точки КЛ с повреждением.

Импульсный способ чаще всего используется для длинных КЛ, так как импульс, идущий по токопроводящей жиле, имеет высокую энергию. Для определения параметров переходной волны используется генератор импульсного напряжения.

Сигналы, подающиеся на КЛ, регистрируются приборами по типу BAUR IRG (импульсными рефлектометрами). Зная временной интервал между 2 и 3 (или 3 и 4) волнами, можно максимально точно рассчитать расстояние до поврежденного участка цепи.

Выявление поврежденных мест проводника КЛ методом колебательного разряда

Чаще всего применяется при обнаружении повреждений заплывающего вида, которые появляются на КЛ ввиду образования в изоляции проводников полостей, выполняющих роль так называемых искровых промежутков.

Для выявления этим методом точки повреждения на проводник подается напряжение от кенотронного аппарата, а по данным, получаемым рефлектометром, рассчитывается расстояние до точки повреждения.

Петлевой метод определения поврежденных участков на КЛ

Этот способ часто используется в ситуациях, когда достоверно известно, что одна из жил в КЛ целая. Или при условии, что около исследуемой линии пролегает еще одна, с неповрежденными проводниками. Для выявления расстояния до пробоя проводится вычисление сопротивлений проводников.

В процессе исследования КЛ концы неповрежденных и поврежденных проводников соединяются вместе, а другие подключаются по схеме:

Для вычисления точки повреждения таким способом эксперты используют следующие данные:

• R1 — сопротивление неповрежденного (эталонного) проводника;
• R2 — сопротивление поврежденной жилы;
• L — длина КЛ до точки пробоя;
• Lк — общая длина линии.

Петлевой способ считается одним из наиболее старых. Применяется для поиска пробоев в одно- и двухфазных линиях. Не отличается точностью измерений, крайне трудоемкий. Поэтому сегодня его применяют довольно редко (обычно при условии отсутствия оборудования, необходимого для проведения более точных измерений).

Емкостный способ выявления поврежденных участков на кабельной линии

Емкостная методика позволяет выявлять поврежденные места на проводниках в линии путем измерения емкости каждой токопроводящей жилы. Способ относится к простому и точному, так как именно емкость — параметр, напрямую зависящий от длины токопроводящего кабеля.

При выявлении точки повреждения по такому методу используется схема, где:

• R1, R2, R3 — регулируемые потенциометры;
• Cэ — высоковольтный конденсатор (эталонный);
• L — расстояние до точки повреждения;
• Lк — длина линии;
• 1 — проводники линии;
• 2 — изоляция кабеля;
• 3 — точка пробоя.

Изменяя параметры регулируемых потенциометров, специалисты добиваются минимального отклонения показателей прибора Г. Это будет указывать на то, что достигнуто равновесие между плечами моста (то есть, о равном соотношении R1/R2 = Сx/Сэ). Далее это позволит выявить емкость поврежденных проводников по формуле: Сx = Сэ*(R1/R2).

Таким методом можно точно определить емкость на другом конце кабельной линии. После этого необходимо подключить к проводникам генератор и повторить измерения. В итоге можно будет определить расстояние до точки повреждения на линии — L = Lk*С1/(C1+C2), где С1 и С2 — емкости поврежденных токопроводящих жил, измеренные в начальной и конечной точках линии.

Экономика и меры профилактики аварий

Представленные методы поиска места повреждения КЛ используются специалистами чаще всего. Выбор конкретного способа зависит от типа кабеля, трассы линии, условий её прокладки. Во всех случаях авария на КЛ с последующими поиском и устранением неисправности приводят к простою КЛ, к недоотпуску электроэнергии потребителям и, в конечном счете, к экономическим потерям.

Одно из важнейших направлений профилактики аварийных ситуаций — это диагностика и предупреждение развития дефектов в кабельной изоляции. На практике применяются различные методы и технологии: высоковольтные испытания, измерение частичных разрядов и диэлектрических потерь, тепловизионный контроль и другие. Некоторые методы требуют вывода кабеля из эксплуатации, другие позволяют мониторить состояние линии онлайн и в рабочем режиме.